JP4912955B2 - Aerodynamic noise reduction device, fluid equipment, moving body and rotating equipment - Google Patents
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Description
本発明は、放電プラズマの作用により気流を発生させ、流体の流れを制御することで騒音を低減する空力騒音低減装置、流体機器、移動体および回転機器に関する。 The present invention relates to an aerodynamic noise reduction device, a fluid device, a moving body, and a rotating device that generate an air flow by the action of discharge plasma and control the flow of fluid to reduce noise.
プラントの喚起口の噴流音や送風機やタービンの音、家庭の空調器の音など、流体機器では、空気の流れに起因する空力騒音が大きな技術課題となっている。また、自動車や新幹線などの高速化に伴って、乗り物に関しても空力騒音が重要な解決課題となってきている。これは、こうした空力騒音が気流速度あるいは移動速度の増大にともない急激に大きくなる特徴を持つためである。このため近年では、空力騒音の発生メカニズムを把握し、流れを制御することで空力騒音の発生を低減しようとする研究が盛んに行われている(例えば、非特許文献1参照。)。 Aerodynamic noise caused by the flow of air has become a major technical issue in fluid equipment, such as the sound of jets at the outlet of plants, the sound of blowers and turbines, and the sound of home air conditioners. In addition, with the speeding up of automobiles and Shinkansen, aerodynamic noise has become an important solution for vehicles. This is because such aerodynamic noise has a feature that it suddenly increases as the airflow velocity or the moving velocity increases. For this reason, in recent years, researches have been actively conducted to grasp the generation mechanism of aerodynamic noise and reduce the generation of aerodynamic noise by controlling the flow (for example, see Non-Patent Document 1).
従来の空力騒音低減法として、例えば気流の吹出し口の空力騒音低減に関して、3角錐突起状の乱流促進体を吹出し出口近傍に設ける方法や、吹出し出口近傍に超音波振動子や電気ヒータなどを具備して、吹出し出口の境界層を部分的に乱流に遷移させることで、吹出し口周方向の境界層の厚さを非一様化する技術が開示されている(例えば、特許文献1−2参照。)。これにより、境界層内の周方向の同時性を弱めること、あるいは吹出し出口の境界層の厚さを厚くすることにより剪断流の強さを弱めることで、吹出し口の空力騒音が低減される。また、同様の効果を狙って吹出し口を波板状にする技術も開示されている(例えば、特許文献3参照。)。これらの技術は吹出し噴流による騒音が、噴流周囲の剪断流の強さに依存するとともに、剪断流が周方向に同時性を持つ場合に非常に大きな空力騒音を発生させるという空力騒音発生メカニズムに基づいたものである。 As a conventional aerodynamic noise reduction method, for example, a method of providing a triangular pyramid-shaped turbulent flow promoter in the vicinity of the blowout outlet, an ultrasonic vibrator or an electric heater in the vicinity of the blowout outlet, etc. A technique for making the thickness of the boundary layer in the circumferential direction of the blowout port non-uniform by partially changing the boundary layer of the blowout port to turbulent flow is disclosed (for example, Patent Document 1). 2). Accordingly, aerodynamic noise at the outlet is reduced by weakening the synchronicity in the circumferential direction in the boundary layer, or by reducing the strength of the shear flow by increasing the thickness of the boundary layer at the outlet. Moreover, the technique which makes a blower outlet corrugated aiming at the same effect is also disclosed (for example, refer patent document 3). These technologies are based on the aerodynamic noise generation mechanism in which the noise generated by the blowout jet depends on the strength of the shear flow around the jet and generates a very large aerodynamic noise when the shear flow is circumferentially synchronized. It is a thing.
また、軸流ファンやタービンで発生する回転音や静動翼干渉音を低減する方法として、静翼の後縁から噴流生成用の送風機によって静翼の内部に供給された気体を噴出し、静翼後流の速度欠損を小さくすることで、静翼の後流と動翼との干渉によって発生する静動翼干渉音を低減する方法が研究されている(例えば、非特許文献2参照。)。
しかしながら、上記した従来の吹出し口の空力騒音低減方法では、吹出し出口の境界層を部分的に乱流に遷移させる乱流促進体を備えるため、この乱流促進体自身が新たな騒音発生源になるという問題があった。また、乱流促進体の形状は、所定の形状に形成されるため、その形状が効果を発揮する、ある一定範囲の風速条件でしか空力騒音を低減できないという不具合があった。さらに、流れ場に対して大きな超音波振動子や電気ヒータなどを具備しなければならないという装置上の問題や、装置構成上、細かな制御が効かないという不具合があった。 However, in the conventional method for reducing aerodynamic noise at the outlet, the turbulence promoting body that partially transitions the boundary layer of the outlet to turbulent flow is provided. There was a problem of becoming. Further, since the shape of the turbulent flow promoting body is formed in a predetermined shape, there is a problem that aerodynamic noise can be reduced only under a certain range of wind speed conditions in which the shape exhibits an effect. Furthermore, there are problems on the apparatus that a large ultrasonic vibrator, electric heater, etc. must be provided for the flow field, and there is a problem that fine control is not effective in the apparatus configuration.
また、軸流ファンやタービンで発生する回転音や静動翼干渉音を低減する従来の方法では、噴流生成用の送風機が別途必要になるなど、実機適用に対する課題が残されていた。 Further, in the conventional method for reducing the rotational noise generated by the axial fan or turbine and the stationary blade interference noise, there remains a problem with application to an actual machine, for example, a blower for generating a jet is required separately.
ここで、発明者らは、放電プラズマの作用により気流を発生させ、この発生した気流によって流体の流れを制御する気流発生装置を提案している。そして、発明者らは、この気流発生装置を活用して空力騒音を低減させることを考えた。気流発生装置によって誘起される流れの速度は、数m/s〜数十m/s程度まで可能である。また、この気流発生装置では、非常に薄い層状の流れを適宜制御しながら発生させることが可能である。 Here, the inventors have proposed an airflow generation device that generates an airflow by the action of discharge plasma and controls the flow of the fluid by the generated airflow. And the inventors considered reducing aerodynamic noise using this airflow generator. The velocity of the flow induced by the airflow generator can be from several m / s to several tens m / s. Further, with this airflow generation device, it is possible to generate a very thin layered flow while appropriately controlling it.
また、気流発生装置は、薄板状に形成できるため、例えば、曲面等に配設することも可能である。また、気流発生装置を複数配設することも容易である。さらに、印加電圧を制御することで、誘起される気流の速度や気流を発生させる周期を適宜制御することができる。 Moreover, since the airflow generation device can be formed in a thin plate shape, for example, it can be arranged on a curved surface or the like. It is also easy to arrange a plurality of airflow generation devices. Furthermore, by controlling the applied voltage, it is possible to appropriately control the speed of the induced air flow and the period for generating the air flow.
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、様々な空力騒音の発生メカニズムに対応して、広範囲の条件下において空力騒音の低減が可能である空力騒音低減装置、流体機器、移動体および回転機器を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and corresponds to various aerodynamic noise generation mechanisms, and can reduce aerodynamic noise under a wide range of conditions. An object is to provide a device, a moving body, and a rotating device.
上記目的を達成するために、本発明の空力騒音低減装置は、第1の電極と、前記第1の電極と離間して配設された第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に交番電圧を印加可能な電圧印加機構とを備え、前記第1の電極と前記第2の電極との間における放電により気流を発生させ、該気流を空力騒音の発生源となる主流の少なくとも一部の流れに作用させ、空力騒音を低減することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an aerodynamic noise reduction device according to the present invention includes a first electrode, a second electrode spaced apart from the first electrode, the first electrode, and the first electrode. A voltage applying mechanism capable of applying an alternating voltage between the first electrode and the second electrode, generating an air flow by discharge between the first electrode and the second electrode, and generating the air flow as an aerodynamic noise source The aerodynamic noise is reduced by acting on at least a part of the main flow.
この空力騒音低減装置によれば、第1の電極と第2の電極との間に交番電圧を印可することで、気流を発生させることができ、この気流を空力騒音の発生源となる主流の少なくとも一部の流れに作用させることで、空力騒音を低減することができる。 According to this aerodynamic noise reduction device, an airflow can be generated by applying an alternating voltage between the first electrode and the second electrode, and this airflow can be generated in a mainstream that is a source of aerodynamic noise. Aerodynamic noise can be reduced by acting on at least a part of the flow.
また、上記した空力騒音低減装置を、流体機器、移動体、回転機器等の所定の位置に設けることができる。これによって、これらの機器から発生する空力騒音を低減することができる。 Moreover, the above-described aerodynamic noise reduction device can be provided at a predetermined position such as a fluid device, a moving body, or a rotating device. As a result, aerodynamic noise generated from these devices can be reduced.
本発明の空力騒音低減装置、流体機器、移動体および回転機器によれば、様々な空力騒音の発生メカニズムに対応して、広範囲の条件下において空力騒音を低減することができる。 According to the aerodynamic noise reduction device, the fluid device, the moving body, and the rotating device of the present invention, it is possible to reduce aerodynamic noise under a wide range of conditions in response to various aerodynamic noise generation mechanisms.
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る一実施の形態の空力騒音低減装置10を模式的に示した断面図である。図2は、誘起流25の速度変化の状況を示した模式図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an aerodynamic
図1に示すように、空力騒音低減装置10は、誘電体20内に埋設された第1の電極である電極21と、この電極21と誘電体20の表面からの距離を同じにし、かつ誘電体20の表面と水平な方向にずらして離間され、誘電体20内に埋設された第2の電極である電極22と、ケーブル23を介して電極21、22間に電圧を印加する放電用電源24とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the aerodynamic
誘電体20は、公知な固体の誘電材料で構成される。誘電体20を構成する材料として具体的には、電気的絶縁材料である、アルミナやガラスなどの無機絶縁物、ポリイミド、ガラスエポキシ、ゴムなどの有機絶縁物などが挙げられるが、これらに限られるものではなく、気流発生装置が使用される環境下において公知な固体の誘電材料から適宜に選択される。 The dielectric 20 is made of a known solid dielectric material. Specific examples of the material constituting the dielectric 20 include, but are not limited to, electrical insulating materials such as inorganic insulators such as alumina and glass, and organic insulators such as polyimide, glass epoxy, and rubber. Instead, it is appropriately selected from known solid dielectric materials in an environment where the airflow generator is used.
また、電極21、22としては、一般的な銅板等が使用される。電極21、22として銅板等を用いることで、電極21、22の厚さを薄くすることができ、空力騒音低減装置10自体の厚さを数百μm以下に構成することが容易に可能となる。
Moreover, as the
放電用電源24は、電圧印加機構として機能し、電極21、22間に電圧を印加するものである。放電用電源24からは、例えば、正極性および/または負極性の電圧を断続的に出力するパルス状の出力電圧、正極性および負極性のパルス状の電圧を交互に出力する交番電圧、交流状(正弦波、断続正弦波)の波形を有する出力電圧などが出力される。また、放電用電源24は、例えば、出力電圧に強弱をつけて出力するなど、電圧値を調整しながら電極21、22間に電圧を印加してもよい。具体的には、例えば、所定のデューティー比で正極性および負極性の電圧を交互に断続的に出力する際、初めから2パルスは高出力とし、それに続く2パルスをその半分の出力とし、この高出力の2パルスとその半分の出力の2パルスの組み合わせを繰り返し印加する制御などが挙げられる。なお、これに限られるものではなく、電圧の制御は、使用条件や用途などに応じて適宜に設定可能である。
The
次に、空力騒音低減装置10によって誘起流25が発生する現象について説明する。
Next, a phenomenon in which the induced
放電用電源24から電極21と電極22との間に電圧が印加され、一定の閾値以上の電位差となると、電極21と電極22との間に放電が誘起される。空力騒音低減装置10では、電極21と電極22との間に誘電体20を介在させているので、高温下や含塵環境下においてもアーク放電にはいたらずに安定に維持することが可能なバリア放電が生じ、低温プラズマが生成される。これらの放電においては、気体中の電子のみにエネルギを与えることができるため、気体をほとんど加熱せずに気体を電離して電子およびイオンを生成することができる。生成された電子やイオンは、電界によって駆動され、それらが気体分子と衝突することで運動量が気体分子に移行する。すなわち、電極間に電圧を印加することで電極付近に誘起流25を発生させることができる。この誘起流25の大きさや向きは、電極に印加する電圧、周波数、電流波形、デューティ比などの電流電圧特性を変化させることで制御可能である。
When a voltage is applied between the
上記したような大気圧下におけるバリア放電において、電極21、22間に直流電圧を印加すると、放電の進展とともに誘電体20の表面に電荷が蓄積して電極21、22間の電界が緩和され、最終的には電界が空間の電離を維持できなくなり、放電が停止する。この放電の停止を防止するためには、誘電体20の表面に蓄電された電荷を除去することが必要であり、そのためには、電極21、22間に、パルス状の正負の両極性電圧である交番電圧や交流電圧を印加する必要がある。このように電極21、22間に交番電圧または交流電圧を印加することで、持続的にバリア放電を行うことが可能となる。
In the barrier discharge under atmospheric pressure as described above, when a DC voltage is applied between the
ここで、電極21、22間に交番電圧を印加すると、印加される電圧の極性によって、電極21、22間にかかる電界の向きが逆転する。そのため、電子やイオンが中性気体分子に与える運動量の向きも電圧の極性によって逆転する。その結果、印加される電圧の極性によって、空力騒音低減装置10の表面、すなわち誘電体20の表面に沿って発生した誘起流25の流れる方向は反転する。また、図2に示すように、電圧の極性を交互に変化させることで、その変化に伴って誘起流25の流れる方向も変化し、誘起流25は、所定の位置で振動する。
Here, when an alternating voltage is applied between the
なお、空力騒音低減装置10は上記した構成に限らず他の構成を備えてもよい。図3は、本発明に係る一実施の形態の空力騒音低減装置10の他の形態を模式的に示した断面図である。図4および図5は、誘起流の速度変化の状況を示した模式図である。図6は、本発明に係る一実施の形態の空力騒音低減装置10の他の形態を模式的に示した断面図である。
The aerodynamic
図3に示すように、空力騒音低減装置10は、誘電体20の表面と同一面に露出された第1の電極である電極21と、この電極21と誘電体20の表面からの距離を異にし、かつ誘電体20の表面と水平な方向にずらして離間され、誘電体20内に埋没された第2の電極である電極22と、ケーブル23を介して電極21、22間に電圧を印加する放電用電源24とから構成してもよい。
As shown in FIG. 3, the aerodynamic
この空力騒音低減装置10においても、放電用電源24によって電極21、22間に、所定値以下の周波数の交流電圧や交番電圧を印加すると、図4に示すように、空力騒音低減装置10の表面、すなわち誘電体20の表面に沿って流れる方向が反転し、かつ、それぞれの方向に向かう流速が異なって振動する誘起流25が発生する。この空力騒音低減装置10では、電極21を露出させることで空間にかかる電界強度を高めることができるので、電極21が誘電体20内に埋設されている場合よりも、より低い印加電圧で駆動することが可能となる。また、印加する電圧値を調整することで、図4および図5に示すように、印加された電圧値に伴う気流速度を得ることもできる。上記したように、印加電圧の調整によって、時間平均的に一方向に流れる誘起流25を発生させることもできる。
Also in this aerodynamic
また、空力騒音低減装置10における電極構成を、公知なコロナ放電に由来するイオン風現象を利用した電極構成としてもよい。
Moreover, the electrode configuration in the aerodynamic
図6に示すように、このコロナ放電に由来するイオン風現象を利用した電極構成を有する空力騒音低減装置10は、誘電体20の表面に露出された第1の電極である電極21と、この電極21と誘電体20の表面からの距離を異にし、かつ誘電体20の表面と水平な方向にずらして離間され、誘電体20の表面に露出された第2の電極である電極22と、ケーブル23を介して電極21、22間に電圧を印加する放電用電源24とから構成されてもよい。
As shown in FIG. 6, an aerodynamic
次に、この空力騒音低減装置10によって誘起流が発生する現象について説明する。
Next, a phenomenon in which an induced flow is generated by the aerodynamic
放電用電源24から電極21と電極22との間に電圧が印加され、一定の閾値以上の電位差となると、電極21と電極22との間に放電が誘起される。放電は、初期においては、電極近傍だけに電離領域が限定されたコロナ放電となる。電極21と電極22との形状等が同一でない場合には、一方の電極のみにコロナ放電が発生することもある。
When a voltage is applied between the
放電用電源24からの電圧をさらに増加させていくと、双方の電極間を短絡させるアーク放電に移行する。このアーク放電では、放電のエネルギが気体を加熱するのに使われるため、熱を気流制御に利用したい場合を除いては、アーク放電が生じない電圧を印可することが好ましい。
When the voltage from the
コロナ放電が生じている状態では、電極近傍で電離によって生じた電子またはイオンは、対向する電極との間に形成されている電界によって加速される。この電子またはイオンが気体分子に衝突することで運動量が気体分子に移行する。すなわち、電極間に電圧を印加することで電極付近に誘起流25を発生させることができる。この誘起流25の大きさや向きは、電極に印加する電圧、周波数、電流波形、デューティ比などの電流電圧特性を変化させることで制御可能である。 In a state where corona discharge is occurring, electrons or ions generated by ionization near the electrodes are accelerated by an electric field formed between the opposing electrodes. When the electrons or ions collide with the gas molecules, the momentum shifts to the gas molecules. That is, the induced current 25 can be generated near the electrodes by applying a voltage between the electrodes. The magnitude and direction of the induced current 25 can be controlled by changing the current-voltage characteristics such as the voltage, frequency, current waveform, and duty ratio applied to the electrodes.
上記したような大気圧下におけるコロナ放電においては、電極表面への電荷の蓄積は考慮しなくてよいので、電極21、22間に直流電圧を印加することが好適であるが、交流電圧を印加しても気流誘起現象は実現可能である。
In the corona discharge under the atmospheric pressure as described above, it is not necessary to consider the accumulation of charges on the electrode surface. Therefore, it is preferable to apply a DC voltage between the
ここで、電極21、22間に交番電圧を印加すると、印加される電圧の極性によって、電極21、22間にかかる電界の向きが逆転する。そのため、電子やイオンが中性気体分子に与える運動量の向きも電圧の極性によって逆転する。その結果、印加される電圧の極性によって、空力騒音低減装置10の表面、すなわち誘電体20の表面に沿って発生した誘起流25の流れる方向は反転する。また、図2に示したように、電圧の極性を交互に変化させることで、その変化に伴って誘起流25の流れる方向も変化し、誘起流25は、所定の位置で振動する。
Here, when an alternating voltage is applied between the
上記したように、本発明に係る空力騒音低減装置10によれば、電極間に電圧を印可することで、気流を発生させることができ、この気流を空力騒音の発生源となる主流の少なくとも一部の流れに作用させることで、空力騒音を低減することができる。
As described above, according to the aerodynamic
以下に、上記した空力騒音低減装置10を備え、空力騒音の低減が図られた流体機器、移動体、回転機器等について説明する。
Hereinafter, a fluid device, a moving body, a rotating device, and the like that include the above-described aerodynamic
(気流吹出し口への応用)
ここでは、気流吹出し口50を有する装置であって、この気流吹出し口50の近傍に空力騒音低減装置10を配設した装置について説明する。図7は、気流吹出し口50下流の流れを模式的に示した図である。図8は、空力騒音低減装置10を配設した気流吹出し口50の断面を示す図である。図9は、空力騒音低減装置10を配設した気流吹出し口50の斜視図である。
(Application to air outlet)
Here, a description will be given of an apparatus having the
図7に示すように、気流吹出し口50から噴出された噴流51による騒音は、噴流周囲の剪断流52の強さ(剪断層の速度勾配)に依存するとともに、剪断流52が気流吹出し口50の周方向に同時性を持つ場合に非常に大きな空力騒音が発生することが知られている。
As shown in FIG. 7, the noise caused by the
そこで、この空力騒音の発生を抑制するために、本発明に係る気流吹出し口50を有する装置では、図8および図9に示すように、気流吹出し口50の上流側近傍の内壁面に、空力騒音低減装置10が配設されている。この装置では、この内壁面の1箇所に空力騒音低減装置10が配設されている。このように、空力騒音低減装置10を設けることで、空力騒音低減装置10から発生させた誘起流25によって剪断流の周方向に対する一様性を断ち切ることができ、噴流51による空力騒音が低減される。
Therefore, in order to suppress the generation of the aerodynamic noise, in the apparatus having the
なお、空力騒音低減装置10の配設位置等は上記した位置に限られるものではない。次に、空力騒音低減装置10の他の配設位置等について説明する。図10は、空力騒音低減装置10を他の位置に配設した気流吹出し口50の断面を示す図である。図11は、空力騒音低減装置10を他の位置に配設した気流吹出し口50の斜視図である。図12は、空力騒音低減装置10を他の位置に配設した気流吹出し口50の断面を示す図である。図13は、空力騒音低減装置10を他の位置に配設した気流吹出し口50の斜視図である。
In addition, the arrangement | positioning position etc. of the aerodynamic
図10および図11に示すように、気流吹出し口50の上流側近傍の内壁面に、周方向に沿って複数の空力騒音低減装置10を所定の間隔をあけて配設してもよい。このように空力騒音低減装置10を設けることで、空力騒音低減装置10から発生した誘起流25によって、剪断流の周方向に対する一様性をより効果的に断ち切ることができるとともに、誘起流25が一種の乱流促進体として作用する。これによって、気流吹出し口50の境界層が乱流に遷移され、吹出し剪断層の厚さが増し、剪断層の強さが弱くなるので、噴流51の空力騒音をさらに低減することが可能となる。さらに、空力騒音低減装置10は、薄板状であるので、空力騒音低減装置10が新たな空力騒音源となることもない。また、放電用電源24による電圧の印加方法を制御することで、より広範囲の吹出し風速に対して空力騒音を低減することが可能となる。なお、複数の空力騒音低減装置10を備えた場合には、各空力騒音低減装置10を個々に制御し、各空力騒音低減装置10に異なる電圧を印加するように構成してもよい。
As shown in FIGS. 10 and 11, a plurality of aerodynamic
また、図12および図13に示すように、気流吹出し口50の近傍の内壁面に、周方向に沿って気流吹出し口50からの距離を変えて複数の空力騒音低減装置10を配設してもよい。このように空力騒音低減装置10を設けることで、空力騒音低減装置10から発生した誘起流25によって、剪断流の周方向に対する一様性をより効果的に断ち切ることができるとともに、誘起流が一種の乱流促進体として作用する。これによって、気流吹出し口50の境界層が乱流に遷移され、吹出し剪断層の厚さが増し、剪断層の強さが弱くなるので、噴流51の空力騒音をさらに低減することが可能となる。なお、複数の空力騒音低減装置10が配設される場合には、異なる大きさの空力騒音低減装置10を含んで配設されてもよい。
Also, as shown in FIGS. 12 and 13, a plurality of aerodynamic
なお、上記した空力騒音低減装置10は、気流吹出し口50の近傍の内壁面に、この内壁面と同一面にとなるように、流路側に突出させずに設けられているが、例えば、内壁面に対して所定の吹き出し角度を有して設置されてもよい。図14は、空力騒音低減装置10を、内壁面に対して所定の吹き出し角度を有して設置した場合の気流吹出し口50の斜視図である。図15は、図14のA−A断面を示す図である。
The above-described aerodynamic
図14および図15に示すように、気流吹出し口50の近傍の内壁面に、断面が略V字状の凹部55を形成し、その凹部55の気流吹出し口50側の傾斜面56に、この傾斜面56と同一面にとなるように、流路側に突出させずに設けられている。また、傾斜面56の内壁面に対する角度は任意に設定できる。このように空力騒音低減装置10を設けることで、空力騒音低減装置10から発生させた誘起流25によって剪断流の周方向に対する一様性を断ち切ることができ、噴流51の空力騒音を低減することができる。また、噴流51に対して所定の角度を持たせて空力騒音低減装置10が設けられているので、空力騒音低減装置10からの誘起流25と噴流51とが干渉する境界層の乱流促進をより効果的に促進することができ、吹出し剪断層の厚さが増し、剪断層の強さが弱くなるので、噴流51の空力騒音をさらに低減することが可能となる。
As shown in FIGS. 14 and 15, a
なお、空力騒音低減装置10が設けられる気流吹出し口50の形状は、上記した断面矩形の形状に限られるものではない。図16は、空力騒音低減装置10を配設した他の形状の気流吹出し口50の斜視図である。また、図17は、空力騒音を計測する空力騒音計測装置を備えた気流吹出し口50の斜視図である。
In addition, the shape of the
図16に示すように、気流吹出し口50の形状は、断面円形であってもよい。この場合には、上記した断面矩形の気流吹出し口50を備えた場合と同様に、空力騒音低減装置10を配設することができ、図16には、その一例として、気流吹出し口50の近傍の内壁面に、円周方向に沿って所定の間隔をおいて複数の空力騒音低減装置10を配設した構成を示している。なお、この場合においても、上記した断面矩形の気流吹出し口50を備えた場合と同様の作用効果を得ることができる。
As shown in FIG. 16, the
また、図17に示すように、空力騒音低減装置10には、気流吹出し口50近傍の空力騒音を計測する空力騒音計測装置60を設けてもよい。この空力騒音計測装置60は、空力騒音を計測する計測部61と、制御部62とを主に備えている。また、制御部62は、計測部61および空力騒音低減装置10(特に、放電用電源24)と電気的に配線63で接続され、計測部61からの計測情報入力や、その計測情報に基づいて、空力騒音低減装置10(特に、放電用電源24)の制御等を行う。計測部61としては、例えば音圧センサが使用される。制御部62では、この音圧センサからの音圧情報に基づいて、空力騒音低減装置10の放電用電源24を制御し、印加電圧を調整する。このような構成にすることで、より適正な空力騒音の低減が可能となる。
Further, as shown in FIG. 17, the aerodynamic
なお、上記した空力騒音低減装置10は、空力騒音低減装置10の表面が気流吹出し口50の内壁面と同一面となるように、すなわち空力騒音低減装置10の表面が気流吹出し口50の内壁面から突出しないように配置されることが好ましいが、上記したように空力騒音低減装置10は、薄く構成することができるため、気流吹出し口50の内壁面上に設置されてもよい。また、空力騒音低減装置10を気流吹出し口50の内壁面上に設置した場合であっても、空力騒音低減装置10が薄いため、空力騒音の発生源となることはない。
The above-described aerodynamic
(遠心ファンへの応用)
ここでは、気流吹出し口71の近傍に舌部72を有し、この舌部72の近傍に空力騒音低減装置10を配設した遠心ファン70について説明する。図18は、遠心ファン70の断面を模式的に示した図である。
(Application to centrifugal fans)
Here, a
遠心ファン70は、家庭用空調や換気扇に多く使用され、舌部72の形状や、舌部72とファン部73と隙間等の設計因子が、空力騒音に影響を与えることが知られている(例えば、騒音防止工学、福田基一著、日刊工業新聞社、pp.201参照)。また、場合によっては、ファン部73の翼枚数と回転数で定まる周波数と舌部72における流れが連成した流力自励音を発生し、非常に大きな空力騒音となる。
そこで、この空力騒音の発生を抑制するために、本発明に係る遠心ファン70では、図18に示すように、舌部72の近傍の内壁面に、流路側に突出させずに空力騒音低減装置10が配設されている。このように空力騒音低減装置10を設けることで、空力騒音低減装置10からの誘起流25が舌部72の主流に撹乱を与えることができる。これによって、自励の連鎖を断ち切ることができ、空力騒音を低減することができる。また、空力騒音低減装置10は、上記したように、薄板状に構成することができるため、舌部72の近傍に設けた場合でも、遠心ファン70自体の性能を妨げることはない。
Therefore, in order to suppress the generation of this aerodynamic noise, in the
なお、上記した空力騒音低減装置10は、空力騒音低減装置10の表面が舌部72の近傍の内壁面と同一面となるように、すなわち空力騒音低減装置10の表面が舌部72の近傍の内壁面から突出しないように配置されることが好ましいが、上記したように空力騒音低減装置10は、薄く構成することができるため、舌部72の近傍の内壁面上に設置されてもよい。また、空力騒音低減装置10を舌部72の近傍の内壁面上に設置した場合であっても、空力騒音低減装置10が薄いため、空力騒音の発生源となることはない。また、前述した気流吹出し口50を備える装置の場合と同様に、複数の空力騒音低減装置10を備えたり、空力騒音計測装置60を備えてもよい。
The above-described aerodynamic
(移動体の空洞部への応用)
ここでは、外気と接する外壁面に空洞部80を有し、この空洞部80の、移動体の進行方向側(図20の矢印83方向側)となる前縁部に空力騒音低減装置10を配設した移動体、特に高速移動体について説明する。
(Application to the cavity of moving objects)
Here, the
図19は、空洞部80における流れの概略を示す図である。図20は、空力騒音低減装置10を備えた空洞部80の構成を示す斜視図である。
FIG. 19 is a diagram showing an outline of the flow in the
車両や航空機などの高速移動体の、例えば外気と接する外壁面に空洞部80を有すると、移動の際に大きな空力騒音が発生することが知られている。図19に示すように、空洞部80における空力騒音は、空洞部80の前縁部から発生した剪断流81と空洞内の音圧反射が共振する典型的な自励音の一形態であり、空洞部80の前縁部に擾乱を発生させるなどして剪断流81の変動と音圧の共鳴ループを断ち切ることで空力騒音を低減できる(例えば、熱流体力学、藤井昭一著、森北出版株式会社、pp.85−86参照)。なお、図19の矢印83は、移動体の進行方向を示している。
It is known that a large aerodynamic noise is generated during movement of a high-speed moving body such as a vehicle or an aircraft having a
そこで、この空力騒音の発生を抑制するために、本発明に係る移動体では、図20に示すように、空洞部80の、移動体の進行方向側(図20の矢印83方向側)となる前縁部84に、空力騒音低減装置10が配設されている。このように空力騒音低減装置10を設けることで、空力騒音低減装置10からの誘起流25が剪断流に撹乱を与えることができる。これによって、共鳴ループを断ち切ることができ、空力騒音を低減することができる。
Therefore, in order to suppress the generation of this aerodynamic noise, in the moving body according to the present invention, as shown in FIG. 20, the
なお、上記した空力騒音低減装置10は、空力騒音低減装置10の表面が空洞部80の前縁部84の表面と同一面となるように、すなわち空力騒音低減装置10の表面が空洞部80の前縁部84の表面から突出しないように配置されることが好ましいが、上記したように空力騒音低減装置10は、薄く構成することができるため、空洞部80の前縁部84の表面上に設置されてもよい。また、空力騒音低減装置10を空洞部80の前縁部84の表面上に設置した場合であっても、空力騒音低減装置10が薄いため、空力騒音の発生源となることはない。また、前述した気流吹出し口50を備える装置の場合と同様に、複数の空力騒音低減装置10を備えたり、空力騒音計測装置60を備えてもよい。
The above-described aerodynamic
(軸流ファン、軸流タービンへの応用)
ここでは、作動流体を動翼側に導く案内板を有し、この案内板の後縁部の近傍に空力騒音低減装置10を配設した軸流ファン、作動流体を動翼側に導く静翼を有し、この静翼の後縁部の近傍に空力騒音低減装置10を配設した軸流タービンについて説明する。また、作動流体によって回転力が付与される動翼を有し、この動翼の後縁部の近傍に空力騒音低減装置10を配設した軸流ファン、作動流体によって回転力が付与される動翼を有し、この動翼の後縁部の近傍に空力騒音低減装置10を配設した軸流タービンについて説明する。なお、ここでは、軸流タービンを例示して説明するが、軸流ファンにおいても、軸流タービンと同様の作用効果が得られる。
(Application to axial fans and axial turbines)
Here, an axial fan having a guide plate for guiding the working fluid to the moving blade side, an aerodynamic
図21は、空力騒音低減装置10を備えた軸流タービンの静翼90の斜視図である。図22は、空力騒音低減装置10を備えていない場合における静翼の後流における流れの様子を模式的に示した図である。図23は、空力騒音低減装置10を備えた場合における静翼の後流における流れの様子を模式的に示した図である。
FIG. 21 is a perspective view of the
軸流ファンや軸流タービンにおいては、案内板や静翼の後流における流れが、回転する動翼と次々に干渉することで大きな空力騒音を発生する。この種の静動翼干渉音を低減する方法として、噴流生成用の送風機によって静翼の内部に供給された気体を噴出し、静翼後流の速度欠損を小さくすることで静動翼干渉音を低減する方法が研究されている(例えば、AIAA Journal,Vol.39,No.3,March 2001, pp.458−pp.464参照)。この方法によって、静翼の後縁からの噴流吹出しによって大きく干渉騒音が低減されているのがわかっている。 In axial flow fans and axial flow turbines, the flow behind the guide plate and stationary blades interferes with rotating rotor blades one after another, generating large aerodynamic noise. As a method of reducing this kind of stationary blade interference sound, the gas supplied to the inside of the stationary blade by the blower for generating the jet flow is ejected, and the velocity defect of the stationary blade wake is reduced to reduce the stationary blade interference sound. (See, for example, AIAA Journal, Vol. 39, No. 3, March 2001, pp. 458-464). By this method, it is known that the interference noise is greatly reduced by the jet blowing from the trailing edge of the stationary blade.
そこで、装置の構造を複雑に構成することなく、簡便な方法で、この静動翼干渉音の発生を抑制するために、本発明に係る軸流タービンでは、図21に示すように、静翼90の後縁部91の近傍に、空力騒音低減装置10が配設されている。
Therefore, in order to suppress the generation of the stationary blade interference noise by a simple method without composing the structure of the apparatus, in the axial turbine according to the present invention, as shown in FIG. The aerodynamic
ここで、図22に示すように、静翼90の後縁部91に空力騒音低減装置10を有しない場合、すなわち、静翼90の後縁部91から誘起流25が発生しない場合には、静翼90の後縁部91の後流93における速度勾配が大きく、速度失速域94が大きくなる。そして、この後流93が回転する動翼と干渉したときの渦変動が大きくなり、発生する空力騒音が大きくなると考えられる。一方、図23に示すように、静翼90の後縁部91に空力騒音低減装置10を有する場合、すなわち、静翼90の後縁部91から誘起流25が発生する場合には、静翼90の後縁部91の後流における速度勾配が小さく、速度失速域94が小さくなる。そして、回転する動翼と干渉したときの渦変動が小さくなり、発生する空力騒音が小さくなると考えられる。
Here, as shown in FIG. 22, when the aerodynamic
また、上記した本発明に係る空力騒音低減装置10を備えた静翼90では、別途、送風機などを備える必要なく、静翼90の後縁部91の後流に噴流を発生させることが可能である。また、この簡易な構造で、静翼90の後縁部91の後流93における速度失速域94を小さくし、静動翼干渉音を低減することができる。
Moreover, in the
ここで、図24に、複数の空力騒音低減装置10が配設された静翼90の斜視図を示す。軸流ファンや軸流タービンの静翼は、半径方向に3次元的にねじれた形状を有していることが多い。そこで、図24に示すように、空力騒音低減装置10を静翼90の後縁部91の近傍に複数設け、その設置位置を適宜選定することにより、更に効果的に誘起流25を発生させてもよい。これによって、静翼90の半径方向や高さ方向に亘って、静翼90の後縁部91の後流93における速度失速域94を小さくすることができる。なお、複数の空力騒音低減装置10が配設される場合には、異なる大きさの空力騒音低減装置10を含んで配設されてもよい。
Here, FIG. 24 shows a perspective view of a
また、複数の空力騒音低減装置10を備えた場合には、各空力騒音低減装置10を個々に制御し、各空力騒音低減装置10に異なる電圧を印加するように構成してもよい。これによって、静翼90の半径方向や高さ方向に亘って、静翼90の後縁部91の後流93における速度失速域94をさらに小さくすることができる。
Further, when a plurality of aerodynamic
また、図25は、空力騒音低減装置10を備えた軸流タービンの構成を示す断面図である。図25に示すように、空力騒音低減装置10には、静翼90の後縁部91の後流の空力騒音を計測する空力騒音計測装置60を設けてもよい。この空力騒音計測装置60は、前述したように、空力騒音を計測する計測部61と、制御部62とを主に備えている。また、制御部62は、計測部61および空力騒音低減装置10(特に、放電用電源24)と電気的に配線63で接続され、計測部61からの計測情報入力や、その計測情報に基づいて、空力騒音低減装置10(特に、放電用電源24)の制御等を行う。計測部61としては、例えば音圧センサが使用される。制御部62では、この音圧センサからの音圧情報に基づいて、空力騒音低減装置10の放電用電源24を制御し、印加電圧を調整する。このような構成にすることで、より適正な空力騒音の低減が可能となる。
FIG. 25 is a cross-sectional view showing the configuration of the axial turbine including the aerodynamic
なお、軸流ファンや軸流タービンにおいて、案内板や静翼の機械的強度を維持するために、案内板や静翼の上流側、案内板や静翼によって形成される流路に、案内板や静翼を支持する支持部材が設けられることがある。この支持部材が設けられた場合には、案内板や静翼と同様に、支持部材の後縁部に空力騒音低減装置10を配設してもよい。これによって、支持部材の後縁部91の後流における速度失速域を小さくし、静動翼干渉音を低減することができる。
In an axial fan or an axial turbine, in order to maintain the mechanical strength of the guide plate and the stationary blade, the guide plate and the flow path formed by the guide plate and the stationary blade are disposed upstream of the guide plate and the stationary blade. In some cases, a support member that supports the stationary blade is provided. When this support member is provided, the aerodynamic
また、上記した説明では、静翼90の後縁部91の後流93における速度失速域94を小さくする適用例について述べてきたが、この構成に限られるものではない。図26は、空力騒音低減装置10を静翼90および動翼100に備えた軸流タービンの構成を示す断面図である。図27は、空力騒音低減装置10を備えた場合における動翼後流における流れの様子を模式的に示した図である。
In the above description, the application example in which the
図26に示すように、軸流ファンや軸流タービンの段落が複数ある場合には、回転する動翼100の後縁部の近傍に、静翼90の場合と同様に、空力騒音低減装置10を備えてもよい。また、図27に示すように、動翼100の後縁部101に空力騒音低減装置10を備える、すなわち、動翼100の後縁部101から誘起流25が発生することで、動翼100の後縁部101の後流102における速度勾配が小さくなり、速度失速域103が小さくなる。そして、静翼90と干渉したときの渦変動が小さくなり、発生する空力騒音が小さくなる。また、図26に示すように、静翼90と動翼100の双方に空力騒音低減装置10を備えることで、干渉騒音の低減効果を向上させることができる。
As shown in FIG. 26, when there are a plurality of stages of the axial flow fan and the axial flow turbine, the aerodynamic
なお、上記した空力騒音低減装置10は、空力騒音低減装置10の表面が、静翼90、動翼100および支持部材の後縁部の表面と同一面となるように、すなわち空力騒音低減装置10の表面が、静翼90、動翼100および支持部材の後縁部の表面から突出しないように配置されることが好ましいが、上記したように空力騒音低減装置10は、薄く構成することができるため、静翼90、動翼100および支持部材の後縁部の表面上に設置されてもよい。また、空力騒音低減装置10を、静翼90、動翼100および支持部材の後縁部の表面上に設置した場合であっても、空力騒音低減装置10が薄いため、空力騒音の発生源となることはない。
Note that the aerodynamic
(回転翼への応用)
ここでは、回転翼を有し、この回転翼の後縁部の近傍に空力騒音低減装置10を配設した回転機器および移動体について説明する。
(Application to rotor blades)
Here, a rotating device and a moving body that have rotating blades and in which the aerodynamic
図28は、空力騒音低減装置10を備えた回転翼110の斜視図である。また、図29は、空力騒音を計測する空力騒音計測装置を備えた回転翼110の斜視図である。
FIG. 28 is a perspective view of the
ヘリコプターや風車などの回転翼では、回転する翼が揚力変動を受ける際に大きな空力騒音を発生する。翼力変動は、回転方向前方に位置する回転翼の後流と次の翼が干渉するために発生する。 In a rotor blade such as a helicopter or a windmill, a large aerodynamic noise is generated when the rotating blade is subjected to lift fluctuation. Blade force variation occurs because the wake of the rotor blade located in front of the rotation direction interferes with the next blade.
そこで、この空力騒音の発生を抑制するために、本発明に係る回転機器や移動体では、図28に示すように、回転翼110の後縁部111に、空力騒音低減装置10が配設されている。このように空力騒音低減装置10を設け、空力騒音低減装置10からの誘起流25を発生させることで、回転翼110の後縁部111の後流における速度欠損を小さくできる。そのため、回転翼110の後縁部111の後流の速度欠損域に発生する剪断渦を弱めることができ、次の回転翼110と干渉する際に発生する揚力変動を抑制することができる。これによって、空力騒音を低減することができる。なお、このような後流と回転翼110の干渉音を弱める流体力学的機構は、前述した軸流ファンや軸流タービンの場合における流体力学的機構と同様である。
Therefore, in order to suppress the generation of this aerodynamic noise, the aerodynamic
また、図29に示すように、空力騒音低減装置10には、回転翼110の後縁部111の後流の空力騒音を計測する空力騒音計測装置60を設けてもよい。この空力騒音計測装置60は、前述したように、空力騒音を計測する計測部61と、制御部62とを主に備えている。また、制御部62は、計測部61および空力騒音低減装置10(特に、放電用電源24)と電気的に配線63で接続され、計測部61からの計測情報入力や、その計測情報に基づいて、空力騒音低減装置10(特に、放電用電源24)の制御等を行う。計測部61としては、例えば音圧センサが使用される。制御部62では、この音圧センサからの音圧情報に基づいて、空力騒音低減装置10の放電用電源24を制御し、印加電圧を調整する。このような構成にすることで、より適正な空力騒音の低減が可能となる。
Further, as shown in FIG. 29, the aerodynamic
なお、上記した空力騒音低減装置10は、空力騒音低減装置10の表面が、回転翼110の後縁部111の表面と同一面となるように、すなわち空力騒音低減装置10の表面が、回転翼110の後縁部111の表面から突出しないように配置されることが好ましいが、上記したように空力騒音低減装置10は、薄く構成することができるため、回転翼110の後縁部111の表面上に設置されてもよい。また、空力騒音低減装置10を、回転翼110の後縁部111の表面上に設置した場合であっても、空力騒音低減装置10が薄いため、空力騒音の発生源となることはない。
Note that the aerodynamic
以上、本発明を実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 Although the present invention has been specifically described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
10…空力騒音低減装置、20…誘電体、21,22…電極、23…ケーブル、24…放電用電源、25…気流。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記第1の電極と離間して配設された第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に交番電圧を印加可能な電圧印加機構と
を備え、
前記第1の電極と前記第2の電極との間における放電により気流を発生させ、該気流を空力騒音の発生源となる主流の少なくとも一部の流れに作用させ、空力騒音を低減することを特徴とする空力騒音低減装置。 A first electrode;
A second electrode spaced apart from the first electrode;
A voltage application mechanism capable of applying an alternating voltage between the first electrode and the second electrode;
Reducing the aerodynamic noise by generating an air flow by discharge between the first electrode and the second electrode, causing the air flow to act on at least a part of a main flow that is a generation source of aerodynamic noise; A characteristic aerodynamic noise reduction device.
前記空力騒音計測装置からの情報に基づいて、前記第1の電極と前記第2の電極との間に印可する電圧を制御する制御手段と
をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の空力騒音低減装置。 A measuring means for measuring aerodynamic noise;
The control means for controlling a voltage applied between the first electrode and the second electrode based on information from the aerodynamic noise measurement device, further comprising: Aerodynamic noise reduction device.
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